CN115232972B - 铝灰渣湿法处理的控制方法 - Google Patents

铝灰渣湿法处理的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝灰渣湿法处理的控制方法，包括：S1、将铝灰渣和水投入反应釜并开始进行铝灰渣湿法处理，所述反应釜上设有冷却装置和加热装置；S2、当所述反应釜内温度到达预设温度后，对反应釜内温度进行监测，记录反应t分钟时的反应釜内温度Tt，反应(t+1)分钟时的反应釜内温度Tt+1，反应(t+2)分钟时的反应釜内温度Tt+2，反应(t+3)分钟时的反应釜内温度Tt+3；S3、按照下式计算ΔT，ΔT＝a(Tt+1‑T)+b(Tt+2‑Tt+1)+c(Tt+3‑Tt+2)，其中a的取值范围为0.5～0.8，b的取值范围为0.3～0.6，c的取值范围为0.2～0.5；根据ΔT的数值大小对反应釜进行不同的调节处理，使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内。本发明能够判断铝灰渣水解反应的放热状态，并对多余热量进行合理利用，降低能源消耗。

Description

铝灰渣湿法处理的控制方法
技术领域
本发明涉及铝灰渣湿法处理技术领域，尤其涉及一种铝灰渣湿法处理的控制方法。
背景技术
铝灰产生于所有的熔融铝的工序，主要包括：原铝生产(电解铝)、铝合金生产、废铝回收再生及铝灰处理过程。通常，按照铝灰中金属铝含量的不同，可分为一次铝灰和二次铝灰。从熔炼炉内扒出的铝渣称为一次铝灰，外观上呈现灰白色，主要是由金属铝和铝氧化物组成的混合物，也称之为“白铝灰”；二次铝灰是一次铝灰提取金属铝后的废弃物，主要成分为氧化铝、氮化铝、金属铝、盐类以及其它组分，因其固结成块状，也称之为“盐饼”。铝灰成分因产生环节及工艺的不同，具有较明显的差异，主要物相为氧化铝、金属铝、镁铝尖晶石、方镁石、石英、氮化铝、碳化铝及盐溶剂等。
回收铝灰中金属铝及其化合物的方式主要分为火法和湿法。火法是利用铝灰自身含有热量和外加热源使铝灰处于高于金属铝熔点的高温环境中，促使熔融态的金属铝与铝灰中其他固态杂质得以分离。该法一般需要对铝灰进行粉碎和筛选的预处理，且对铝灰中金属铝质量分数要求达到50％以上，回收过程需要添加还原剂和相对高温导致经济成本较高。湿法是将铝灰与液态介质混合，发生化学反应或有机溶剂萃取等过程对金属铝及其化合物进行提取，产物为氧化铝和滤渣。火法通常只能回收铝灰中的金属铝，湿法通过与铝灰中金属铝、氧化铝、碳化铝和氮化铝等物质发生化学反应，回收铝灰中金属铝和铝的化合物。
湿法中最常使用的是水解法，采用纯水或稀酸稀碱与铝灰进行反应，处理铝灰量大，能迅速将铝灰从危险固体废弃物处理为一般固体废弃物。水解过程中会发生一系列的放热反应，可将常温水加热至沸腾，但目前的处理工艺对水解法处理铝灰渣放出的热量没有充分利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种铝灰渣湿法处理的控制方法，其能够充分利用铝灰渣水解反应产生的热能，降低处理能耗，并且保证铝灰渣水解反应速度，减少湿法处理时间，提高经济效益。
为解决上述问题，本发明提供了一种铝灰渣湿法处理的控制方法，包括以下步骤：
S1、将铝灰渣和水投入反应釜并开始进行铝灰渣湿法处理，所述反应釜上设有冷却装置和加热装置；
S2、当所述反应釜内温度到达预设温度后，对反应釜内温度进行监测，记录反应t分钟时的反应釜内温度Tt，反应(t+1)分钟时的反应釜内温度Tt+1，反应(t+2)分钟时的反应釜内温度Tt+2，反应(t+3)分钟时的反应釜内温度Tt+3；
S3、按照下式计算ΔT，
ΔT＝a(Tt+1-T)+b(Tt+2-Tt+1)+c(Tt+3-Tt+2)，
其中a的取值范围为0.5～0.8，b的取值范围为0.3～0.6，c的取值范围为 0.2～0.5；
S4、若ΔT＞5℃，则冷却装置开始工作，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内，且所述冷却装置对多余热量进行回收；
若ΔT＜2℃，则冷却装置停止工作，并且所述加热装置开始工作，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内。
在一种实施方式中，若ΔT在2～5℃，则冷却装置开始工作，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内，且所述冷却装置对多余热量进行回收。
在一种实施方式中，所述冷却装置包括设于所述反应釜内的内盘管和与所述内盘管相连的冷却源；
所述加热装置包括设于所述反应釜外的夹套和与所述夹套相连的加热源，所述夹套包裹在所述反应釜的外壁上。
在一种实施方式中，若ΔT＞5℃，则冷却源开始向所述内盘管输入第一冷却源，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内；
若ΔT在2～5℃，则冷却源开始向所述内盘管输入第二冷却源，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内；
若ΔT＜2℃，则冷却源停止向所述内盘管输入冷却源，并且所述加热源开始向所述夹套内输入加热源，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内。
在一种实施方式中，所述第二冷却源的流量大于所述第一冷却源的流量。
在一种实施方式中，所述第一冷却源的流量Q1＝(a+b)ΔT；
其中Q1为所述第一冷却源的流量，单位为T/h；
a的取值范围为(5～20)，b的取值范围为(1～10)；
ΔT为所述步骤S3中计算所得的ΔT，单位为℃；
所述第二冷却源的流量Q2＝(c+d)ΔT；
其中Q2为所述第二冷却源的流量，单位为T/h；
c的取值范围为(10～30)，d的取值范围为(5～20)；
ΔT为所述步骤S3中计算所得的ΔT，单位为℃。
在一种实施方式中，所述预设温度范围为70～95℃。
在一种实施方式中，所述预设温度范围为75～85℃。
在一种实施方式中，a+b+c＝1。
在一种实施方式中，ΔT＝0.5(Tt+1-T)+0.3(Tt+2-Tt+1)+0.2(Tt+3-Tt+2)
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明提供的一种铝灰渣湿法处理的控制方法，其能够对铝灰渣湿法处理过程中的放热反应过程进行监控，并通过ΔT的大小判断铝灰渣水解反应是否处于高放热状态、低放热状态或放热反应临近结束状态。进一步地，根据反应状态不同对反应釜进行多余热量收集或额外热量补充，从而不仅将铝灰渣水解反应的温度维持在较高温度，加快水解反应速度；而且将铝灰渣水解反应时放出的多余热量进行充分循环利用，降低处理能耗。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式对本发明作进一步地详细描述。
湿法中最常使用的是水解法，采用纯水或稀酸稀碱与铝灰进行反应，处理铝灰量大，能迅速将铝灰从危险固体废弃物处理为一般固体废弃物。水解过程中会发生一系列的放热反应，可将常温水加热至沸腾但目前的处理工艺对水解法处理铝灰渣放出的热量没有进行充分合理的利用。
为解决上述问题，本发明还提供了一种铝灰渣湿法处理的控制方法，包括以下步骤：
S1、将铝灰渣和水投入反应釜并开始进行铝灰渣湿法处理，所述反应釜上设有冷却装置和加热装置；
S2、当所述反应釜内温度到达预设温度后，对反应釜内温度进行监测，记录反应t分钟时的反应釜内温度Tt，反应(t+1)分钟时的反应釜内温度Tt+1，反应(t+2)分钟时的反应釜内温度Tt+2，反应(t+3)分钟时的反应釜内温度Tt+3；
S3、按照下式计算ΔT，
ΔT＝a(Tt+1-T)+b(Tt+2-Tt+1)+c(Tt+3-Tt+2)，
其中a的取值范围为0.5～0.8，b的取值范围为0.3～0.6，c的取值范围为 0.2～0.5；
S4、若ΔT＞5℃，则冷却装置开始工作，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内，且所述冷却装置对多余热量进行回收；
若ΔT＜2℃，则冷却装置停止工作，并且所述加热装置开始工作，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内。
具体地，在铝灰渣湿法处理过程中，铝灰渣中的单质铝、氮化铝和碳化铝会发生水解反应并分别产生氢气、氨气和甲烷气体，并不是温度越高越有利于单质铝、氮化铝和碳化铝的水解反应，因此本发明将反应温度控制在预设温度范围内。优选地，所述预设温度范围为70～95℃。更佳地，所述预设温度范围为 75～85℃。在上述预设温度范围内，铝灰渣中的活性物质能够进行快速充分的水解反应。
进一步地，为了满足铝灰渣水解反应在预设温度范围内进行，需要在水解反应放热阶段对反应体系进行降温处理，而在水解反应临近结束阶段对反应体系进行升温处理。
需要说明的是，在铝灰渣湿法处理过程中，铝灰渣中的单质铝、氮化铝和碳化铝会发生水解反应，其中氮化铝发生水解反应的速度最快，即氮化铝的水解反应开始时间往往先于单质铝和碳化铝，且氮化铝水解反应是放热反应，随着氮化铝水解反应的开始，反应釜内的温度开始逐渐升高。与此同时，单质铝和碳化铝也会开始水解反应，并且由于铝灰渣中单质铝的含量远高于氮化铝和碳化铝，因此单质铝的水解反应持续时间将长于氮化铝和碳化铝。
也就是说，在铝灰渣湿法处理过程中，会依次进行高放热反应阶段、低放热反应阶段和放热反应临近结束阶段，针对这三个阶段具体的反应过程如下：
在高放热阶段，单质铝、氮化铝和碳化铝会一同发生水解反应并发出大量的热，反应釜内的温度快速升高，但过高的温度将抑制水解反应的进行，在此阶段也就产生了不利于水解反应充分进行的多余热量，可将此阶段产生的多余热量回收利用，以供后续在放热反应临近结束阶段进行热量补充，或者补充至反应初始阶段，以加快反应进程，快速进入高放热反应阶段；
在低放热阶段，氮化铝和碳化铝由于含量较少相继结束了水解反应，只有含量较高的单质铝在继续进行大量水解反应，这一阶段反应釜内的温度继续升高，温度升高的速度将明显减慢，同时在此阶段也会产生不利于水解反应充分进行的多余热量，可将此阶段产生的多余热量回收利用，以供后续在放热反应临近结束阶段进行热量补充，或者补充至反应初始阶段，以加快反应进程，快速进入高放热反应阶段；
在放热反应临近结束阶段，单质铝的水解反应临近结束，反应放热持续减少，反应釜的温度出现逐渐降低的趋势，此时需要向反应体系补充热能，才能维持水解反应快速且充分地完成，此时可在高放热阶段和低放热反应阶段回收的热量进行再利用，或者额外补充热能。
因此，正确精准地判断出反应釜内的水解反应正处于哪一阶段，是指导是否对反应体系进行升温或降温的关键步骤。本发明人通过大量创造性实验发现，按照(式一)计算ΔT，并通过ΔT的数值大小能够精准判断出铝灰渣水解反应是否处于高放热状态、低放热状态或放热反应临近结束状态。从而精准地控制铝灰渣水解反应在预设温度范围内进行，从而使得水解反应全程都能保持较快的反应速度。并且能够最大程度上回收放热反应产生的多余热能，也能够在最恰当的时间点补充热能，提高反应热能回收利用的同时，减少额外的能源消耗，实现最大程度上的节能降耗。
其中(式一)为ΔT＝a(Tt+1-T)+b(Tt+2-Tt+1)+c(Tt+3-Tt+2)。
其中a的取值范围为0.5～0.8，b的取值范围为0.3～0.6，c的取值范围为 0.2～0.5；优选地，所述(式一)中，a+b+c＝1。更佳地，所述(式一)为ΔT＝0.5 (Tt+1-T)+0.3(Tt+2-Tt+1)+0.2(Tt+3-Tt+2)。
判断方法为：若ΔT＞5℃，铝灰渣水解反应处于高放热状态，则冷却装置开始工作，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内，且所述冷却装置对多余热量进行回收；
若ΔT在2～5℃，铝灰渣水解反应处于低放热状态，则冷却装置开始工作，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内，且所述冷却装置对多余热量进行回收；
若ΔT＜2℃，铝灰渣水解反应处于放热反应临近结束状态，则冷却装置停止工作，并且所述加热装置开始工作，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内。
在一种实施方式中，所述冷却装置包括设于所述反应釜内的内盘管和与所述内盘管相连的冷却源；所述加热装置包括设于所述反应釜外的夹套和与所述夹套相连的加热源，所述夹套包裹在所述反应釜的外壁上。
相应地，若ΔT＞5℃，则冷却源开始向所述内盘管输入第一冷却源，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内；同时，所述第一冷却源能够带走反应釜中的多余热量，从而实现后续的热量回收利用。在一种实施方式中，所述第一冷却源为冷却水，经过热交换的冷却水能够用作水源参与后续的铝灰渣水解反应，提高水解反应初期的反应速度；经过热交换的冷却水还能够再加热用作加热源在放热反应临近结束阶段通入夹套中，对反应釜进行补充热量。
若ΔT在2～5℃，则冷却源开始向所述内盘管输入第二冷却源，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内；在一种实施方式中，所述第二冷却源为冷却水，经过热交换的冷却水能够用作水源参与后续的铝灰渣水解反应，提高水解反应初期的反应速度；经过热交换的冷却水还能够再加热用作加热源在放热反应临近结束阶段通入夹套中，对反应釜进行补充热量。
若ΔT＜2℃，则冷却源停止向所述内盘管输入冷却源，并且所述加热源开始向所述夹套内输入加热源，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内。在一种实施方式中，所述加热源为加热水或加热油，加热水可以来自在高放热阶段或在低放热阶段收集到的被加热的冷却水。优选地，所述加热源为加热油，加热油能够更快地实现热量补充，节省处理时间。
进一步地，为了最大程度上节能降耗以及最大程度上进行热交换以回收热能，可以根据放热反应阶段不同，通入不同流量的冷却源，优选地，所述第二冷却源的流量大于所述第一冷却源的流量。进一步地，在一种实施方式中，所述第一冷却源的流量Q1＝(a+b)ΔT；其中Q1为所述第一冷却源的流量，单位为T/h；a的取值范围为(5～20)，b的取值范围为(1～10)；ΔT为所述步骤S3中计算所得的ΔT，单位为℃；所述第二冷却源的流量Q2＝(c+d)ΔT；其中Q2为所述第二冷却源的流量，单位为T/h；c的取值范围为(10～30)，d的取值范围为(5～20)；ΔT为所述步骤S3中计算所得的ΔT，单位为℃。在此实施方式中，能够以较少的冷却源的通入量实现最大程度上回收铝灰渣湿法处理过程中产生的多余热能，并且可以将体系的反应温度持续稳定在最佳范围内。
综上，本发明提供的铝灰渣湿法处理的控制方法，不仅可以保证铝灰渣的水解反应在较高的温度环境下进行快速且充分地反应，而且能够准确地判断水解反应的进行阶段并合理利用反应产生的多余热量，减少处理能耗。

Claims (10)

1.一种铝灰渣湿法处理的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将铝灰渣和水投入反应釜并开始进行铝灰渣湿法处理，所述反应釜上设有冷却装置和加热装置；
S2、当所述反应釜内温度到达预设温度后，对反应釜内温度进行监测，记录反应t分钟时的反应釜内温度Tt，反应(t+1)分钟时的反应釜内温度Tt+1，反应(t+2)分钟时的反应釜内温度Tt+2，反应(t+3)分钟时的反应釜内温度Tt+3；
S3、按照下式计算ΔT，
ΔT＝a(Tt+1-T)+b(Tt+2-Tt+1)+c(Tt+3-Tt+2)，
其中a的取值范围为0.5～0.8，b的取值范围为0.3～0.6，c的取值范围为0.2～0.5；
S4、若ΔT＞5℃，则冷却装置开始工作，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内，且所述冷却装置对多余热量进行回收；
若ΔT＜2℃，则冷却装置停止工作，并且所述加热装置开始工作，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内。
2.如权利要求1所述的铝灰渣湿法处理的控制方法，其特征在于，若ΔT在2～5℃，则冷却装置开始工作，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内，且所述冷却装置对多余热量进行回收。
3.如权利要求2所述的铝灰渣湿法处理的控制方法，其特征在于，所述冷却装置包括设于所述反应釜内的内盘管和与所述内盘管相连的冷却源；
所述加热装置包括设于所述反应釜外的夹套和与所述夹套相连的加热源，所述夹套包裹在所述反应釜的外壁上。
4.如权利要求3所述的铝灰渣湿法处理的控制方法，其特征在于，若ΔT＞5℃，则冷却源开始向所述内盘管输入第一冷却源，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内；
若ΔT在2～5℃，则冷却源开始向所述内盘管输入第二冷却源，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内；
若ΔT＜2℃，则冷却源停止向所述内盘管输入冷却源，并且所述加热源开始向所述夹套内输入加热源，以使得所述反应釜内温度维持在预设温度范围内。
5.如权利要求4所述的铝灰渣湿法处理的控制方法，其特征在于，所述第二冷却源的流量大于所述第一冷却源的流量。
6.如权利要求4所述的铝灰渣湿法处理的控制方法，其特征在于，所述第一冷却源的流量Q1＝(a+b)ΔT；
其中Q1为所述第一冷却源的流量，单位为T/h；
a的取值范围为(5～20)，b的取值范围为(1～10)；
ΔT为所述步骤S3中计算所得的ΔT，单位为℃；
所述第二冷却源的流量Q2＝(c+d)ΔT；
其中Q2为所述第二冷却源的流量，单位为T/h；
c的取值范围为(10～30)，d的取值范围为(5～20)；
ΔT为所述步骤S3中计算所得的ΔT，单位为℃。
7.如权利要求1所述的铝灰渣湿法处理的控制方法，其特征在于，所述预设温度范围为70～95℃。
8.如权利要求1所述的铝灰渣湿法处理的控制方法，其特征在于，所述预设温度范围为75～85℃。
9.如权利要求1所述的铝灰渣湿法处理的控制方法，其特征在于，a+b+c＝1。
10.如权利要求1所述的铝灰渣湿法处理的控制方法，其特征在于，ΔT＝0.5(Tt+1-T)+0.3(Tt+2-Tt+1)+0.2(Tt+3-Tt+2)。
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